VFD İç Bileşenleri ve Terminal Kablolamasına Giriş

VFD İç Bileşenleri ve Terminal Kablolamasına Giriş

giriiş

Değişken frekanslı sürücü (VFD), bir AC indüksiyon motorunun hızını, motora sağlanan gücün frekansını değiştirerek ayarlayan bir elektrik kontrol cihazıdır. Fanlarda, pompalarda, konveyörlerde, takım tezgahlarında ve diğer birçok endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılır. VFD, kademesiz hız kontrolü ve enerji tasarrufu sağlar ve motor için yumuşak başlatma ve aşırı yük koruması sunar. Güvenli ve güvenilir değişken hızlı çalışma elde etmek için mühendislerin hem sürücünün iç güç ve elektronik bileşenlerini hem de ana devre ve kontrol terminallerinin doğru kablolamasını anlamaları gerekir. Bu makale, bir VFD'nin ana iç bileşenlerini, her terminal grubunun işlevini ve kablolama gereksinimlerini tanıtmakta ve endüstri standardı çalışma önerileri sunmaktadır.

1. Bir VFD'nin İç Bileşenleri

Bir frekans invertörü (VFD) genellikle dört ana parçadan oluşur: doğrultucu, DC ara devre (DC bara), invertör ve kontrol devresi; ayrıca soğutma, filtreleme, ön şarj ve koruma için yardımcı bileşenler.

1.1 Güç (Ana) Devresi

1.1.1 Doğrultucu

Doğrultucu, gelen sabit frekanslı AC gücünü DC'ye dönüştürür. Genel amaçlı VFD'ler tipik olarak üç fazlı köprü doğrultucu kullanır. Üç fazlı AC girişi genellikle, sürücüyü korumak için AC şebekesinden gelen yüksek frekanslı harmonikleri ve ani aşırı gerilimleri emen bir dizi snubber kapasitör ve varistör ağı aracılığıyla doğrultucu köprüsüne verilir. Üç fazlı 380V besleme için, doğrultucu cihazlarının maksimum ters gerilimi genellikle 1200-1600V'tur ve maksimum doğrultulmuş akım, sürücünün nominal akımının yaklaşık iki katıdır.

1.1.2 DC Ara Devre (DC Bara)

DC ara devresi, doğrultucu tarafından üretilen titreşimli DC'yi filtreler ve düzleştirir. Çekirdeği, enerjiyi depolayan ve düzleştiren, invertöre sabit bir DC voltajı sağlayan büyük elektrolitik kapasitörlerden oluşan bir gruptur. Bazı sürücüler, güç faktörünü iyileştirmek ve harmonikleri azaltmak için bir DC reaktörü (P1 terminali üzerinden bağlanır) ile donatılmıştır. Hızlı frenleme veya sık başlatma/durdurma gerektiren uygulamalar için, motor yavaşlaması sırasında üretilen rejeneratif enerjiyi dağıtmak ve DC bara voltajının çok yükselmesini önlemek için DC bara bir frenleme ünitesi ve frenleme direnci bağlanabilir.

1.1.3 İnverter

İnverter, sürücünün temel devresidir. Tipik olarak, üç fazlı bir köprüde düzenlenmiş altı adet güç anahtarlama cihazından (modern sürücüler çoğunlukla IGBT'ler, Yalıtımlı Kapılı Bipolar Transistörler kullanır) oluşur. Kontrol devresinin kontrolü altında, anahtarlar tanımlanmış bir sırayla açılır ve kapanarak DC gücü ayarlanabilir frekans ve voltajda AC çıkışına dönüştürür. Küçük ve orta kapasiteli sürücüler genellikle, tipik anahtarlama frekansı 20 kHz'e kadar olan, doğrultucu, inverter, sürücü, algılama ve koruma fonksiyonlarını birleştiren entegre akıllı güç modülleri (IPM'ler) kullanır.

1.2 Kontrol Devresi

Kontrol devresi, harici komutları ve hız referanslarını alır ve ana devrenin çalışmasını koordine eder. Başlıca aşağıdaki parçaları içerir:

Kontrol kartı: Frekans referansı, kontrol algoritmaları, parametre yönetimi ve arıza koruma mantığını işleyen bir mikroişlemci (CPU/DSP) tabanlıdır;

Kapı sürücü kartı: kontrol sinyallerini yükseltir ve IGBT'leri güvenilir bir şekilde açıp kapatır;

Anahtarlamalı güç kaynağı: DC bara voltajını kontrol panosu ve sensörler için düşük voltajlı regüle edilmiş beslemeye dönüştürür;

Akım/gerilim sensörleri: Genellikle Hall etkisi sensörleri olup, akım kapalı devre kontrolü ve aşırı akım/aşırı gerilim koruması için çıkış akımını (tipik olarak iki faz) ve DC bara gerilimini ölçerler;

Tuş takımı/ekran: parametre ayarı, frekans izleme ve arıza göstergesi için kullanılır.

1.3 Yardımcı ve Koruma Bileşenleri

Soğutma sistemi: IGBT modülleri ve doğrultucu köprüsü önemli miktarda ısı ürettiği için, cihazları izin verilen sıcaklık aralığında tutmak amacıyla sürücüye bir soğutma fanı ve ısı dağıtıcı takılmıştır;

EMC filtreleri ve reaktörleri: elektromanyetik girişimi (EMI) bastırır ve giriş akımı dalga biçimini iyileştirir;

Ön şarj/ani akım sınırlama devresi: DC bara kapasitörleri ilk çalıştırmada bir sınırlayıcı direnç üzerinden şarj edilir ve şarj işleminden sonra bir röle, ani akımı sınırlamak için direnci atlar;

Frenleme ünitesi: Hızlı frenleme için rejeneratif enerjiyi dağıtmak üzere frenleme direnciyle birlikte çalışır.

Bir VFD'nin 2 Terminalli Kablolaması

VFD terminalleri ana devre terminalleri ve kontrol terminalleri olmak üzere ikiye ayrılır. Her bir terminalin doğru şekilde tanımlanması ve teknik özelliklere göre bağlanması, güvenli ve istikrarlı çalışma için ön koşuldur.

2.1 Ana Devre Terminalleri

Aşağıdaki tabloda ana devre terminalleri ve işlevleri gösterilmiştir:

Ana devre kablolama gereksinimleri:

Giriş gücünü yalnızca R, S, T (üç fazlı) veya L, N (tek fazlı) terminallerine, motoru ise yalnızca U, V, W çıkış terminallerine bağlayın. AC girişini asla U/V/W'ye bağlamayın, aksi takdirde sürücünün iç cihazları hasar görecektir.

Topraklama terminali güvenilir bir şekilde topraklanmalıdır. Topraklama iletkeni kısa, kalın ve düşük empedanslı olmalı, ideal olarak güç iletkenleriyle aynı boyutta olmalıdır.

DC bara (P+, P-) ve fren direnci terminalleri tehlikeli yüksek voltaj taşır. Bunlara yalnızca yetkili personel dokunmalı ve asla enerjili haldeyken dokunulmamalıdır.

2.2 Kontrol Terminalleri

Kontrol terminalleri, başlatma, durdurma, ileri/geri ve çoklu hız seçimi gibi harici komutları (dijital girişler, DI) veya hız/frekans referans sinyallerini (analog girişler, AI, örneğin 0–10V voltaj veya 4–20mA akım) alır ve PLC'ye veya ana sisteme çalışma durumu ve arıza sinyalleri gönderir (röle/transistör çıkışları, RO). Genellikle +24V besleme, ortak terminal COM/0V ve +10V referans terminali de sağlanır.

2.2.1 Dijital Giriş (DI) Kablolaması

Dijital girişler genellikle kuru kontaklarla kontrol edilir. NPN (sink) veya PNP (source) bağlantı modu parametre ile seçilir. Harici 24V güç kaynağı kullanıldığında, ortak potansiyel oluşturmak için harici güç kaynağının negatif terminali sürücünün 0V/COM terminaline bağlanmalıdır.

2.2.2 Analog Giriş (AI) Kablolaması

Gerilim sinyalleri (0–10V) ve akım sinyalleri (0–20mA veya 4–20mA) genellikle aynı terminalleri paylaşır; giriş tipi DIP anahtarı ve parametreler ile seçilir. Analog sinyaller, gürültü bağışıklığını artırmak için bir ucundan topraklanmış korumalı bükümlü çift kablo kullanmalıdır.

2.2.3 Röle/Transistör Çıkışı (RO) Kablolaması

Röle çıkışları çalışma, hıza ulaşma ve arıza gibi sinyaller sağlar. Tipik kontak değerleri 250VAC/3A veya 30VDC/1A civarındadır; lütfen ilgili modelin kullanım kılavuzuna bakın.

2.3 Kablolama Uygulamaları ve Önlemleri

Güvenilir topraklama: Elektromanyetik girişim (EMI) ve yetersiz topraklamadan kaynaklanan yüksek frekanslı akım karışmasını önlemek için sürücü ile motor arasında doğrudan bir topraklama bağlantısı kurun.

Korumalı kablo: Giriş ve motor çıkış kabloları için korumalı kablo tercih edilir ve koruma ucu uygun şekilde topraklanmalıdır.

Güç ve kontrol kablolarının ayrılması: Kontrol ve iletişim kabloları, güç kablolarına (50V üzeri) yakın ve paralel olarak döşenmemelidir. Paralel döşeme kaçınılmazsa, mümkün olduğunca fazla mesafe bırakılmalı (yaklaşık 50 mm veya daha fazla önerilir) ve kesişmeleri gereken yerlerde 90° açı ile çaprazlanmalıdır.

Giriş ve çıkış kablolarını ayırın: PWM yüksek frekanslı parazitinin kontrol sinyallerine karışmasını önlemek için sürücü giriş kablolarını motor çıkış kablolarından ayrı tutun.

Güvenlik: Kablolama veya bakım işlemlerine başlamadan önce giriş gücünü kapatın ve DC bara kapasitörlerinin boşalmasını bekleyin.

3 Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S1: AC girişi U, V, W terminallerine bağlanabilir mi? Hayır. R/S/T (veya L/N) güç giriş terminalleridir ve U/V/W motor çıkış terminalleridir; bunların ters bağlanması sürücüye zarar verir.

S2: DC bara terminalleri P+ ve P- ne işe yarar? P+/P-, harici bir frenleme ünitesini bağlamak için kullanılan pozitif ve negatif DC bara terminalleridir; P+ ve PB arasına bir frenleme direnci bağlanabilir.

S3: Analog referans 0–10V mu yoksa 4–20mA aralığında mı kullanılmalı? Her ikisi de kabul edilebilir; seçim, saha enstrümantasyonu ve kontrol gereksinimlerine bağlıdır ve ilgili giriş tipi ve aralığı parametrelerde ayarlanmalıdır.

S4: VFD için neden korumalı kablo gereklidir? Motor çıkışı yüksek frekanslı PWM voltajıdır; korumalı kablo elektromanyetik girişimi (EMI) bastırır ve kontrol sinyallerini ve diğer ekipmanları bozmasını önler.

S5: Kablolamadan önce deşarjın tamamlanmasını neden beklemek gerekir? DC bara elektrolitik kondansatörleri yüksek voltajlı enerji depolar ve güç kesildikten sonra da şarjlı kalır; elektrik çarpmasını önlemek için deşarjın tamamlanmasını beklemek gereklidir.

4. Sonuç

Bir frekans invertörü (VFD), doğrultucu, DC ara devresi, invertör ve kontrol devresi olmak üzere dört ana parçadan oluşur; ayrıca soğutma, filtreleme, ön şarj ve koruma için yardımcı bileşenler de bulunur. Ana devre terminallerinin (R/S/T, U/V/W, P+/P-, PB, P1, G) ve kontrol terminallerinin (DI, AI, RO, +24V/COM, vb.) doğru şekilde tanımlanması ve güvenilir topraklama, koruma ve güç ve kontrol kablolarının ayrılması gibi kablolama uygulamalarına uyulması, sürücünün güvenli, kararlı ve uzun ömürlü çalışmasının anahtarıdır.

5 Kaynakça

[1] Elecfans, "Bir VFD'nin Dört Ana Bileşeni ve Çalışma Prensibi", http://www.elecfans.com/d/1864805.html

[2] Şanghay Jinxin, "Bir VFD'nin Ana Devre Yapısının Ayrıntılı Açıklaması", https://www.jinxinservice.com/maintainance/2518.html

[3] Şanghay Jinxin, "Bir VFD'nin Terminallerinin Kullanımı", http://www.jinxinservice.com/maintainance/2421.html

[4] Siemens Endüstri Destek Merkezi, "MM430 Kablolama Şeması" ve "Dijital Giriş Kablolama Yöntemi", https://www.ad.siemens.com.cn

[5] Eaton, Uygulama Notu AP040076EN "VFD Kablolama En İyi Uygulamaları", 2014

[6] ABB, Teknik Not 138 "Kuzey Amerika paketlenmiş sürücü kablolama uygulamaları"

[7] Phase Technologies, "VFD Sürücüsünün Anatomisi", https://www.phasetechnologies.com/support/educational

[8] Çeşitli VFD kullanıcı kılavuzları (ana devre terminal tanımları: R/S/T, U/V/W, P+/P-, PB, P1, G)